柔性石墨增强密封材料的制备工艺_张宝杰

第11卷 第3期2006年6月

哈尔滨理工大学学报

J OURNAL HARB I N UN I V .SCI .&TEC H.

Vo l 111N o 13 Jun.,2006

柔性石墨增强密封材料的制备工艺

张宝杰1

, 宋南哲2

, 杨雪彬3

, 许 霞1

, 张东伟

1

(1.哈尔滨工业大学市政环境学院,黑龙江哈尔滨150090;2.黑龙江省环境监测站黑龙江哈尔滨150056;

3.哈尔滨理工大学应用科学学院,黑龙江哈尔滨150080)

摘 要:柔性石墨密封材料具有良好的耐温、抗氧化、耐腐蚀性,并具有较好的压缩性能,是替

代石棉制品最好的密封材料.但其强度低、密封性及柔软性和回弹性差等致命缺点仍然制约着它的应用范围.利用正交设计的数理统计方法进行了配方的优化设计,得到制品的各项指标优异、硫含量低的柔性石墨复合增强密封材料,扩大了柔性石墨在密封领域的应用范围.

关键词:复合材料;增强密封材料;工艺研究

中图分类号:TB332

文献标识码:A

文章编号:1007-2683(2006)03-0041-03

The Preparati o n Techni q ue of Non -ri g i d Graphit e

Co mposit e Enhancing Sealing Mat erial

Z HANG Bao -jie 1

, SONG N an-zhe 2

, YANG X ue -bin 3

, XU X ia 1

, Z HANG Dong-w ei

1

(1.S chool ofC i vil and Environm ent ,H arb i n I n stitute of Indu stry T echnology ,H arb i n 150090,Ch i na ;

2.H eilongji ang Prov i nce Environm en t a lM on itiri ng C en tral S t ati on,H arb i n 150056,C h i na ;

3.Appli ed Science College ,H arb i n Un i v .Sc.i Tech.,H arb i n 150080,C h i na)

Abst ract :Non-rigid graph ite seali n g m ateri a l is of exce llent qualiti e s aga i n st h i g h te m perature ,oxygenation ,radiation,erosion as w e ll as a good elastic ity agai n st pressure ,w hich enable it to be the best substitute for asbestos

as sealing m ateria.l Bu t it is of so m e fata l faulties like poor strength ,poor sealing effec,t poor bendab ility and poor elasticity as w e l.l I n th i s paper ,usi n g i n tersecti n g and o t h er m athe m atica l statistica l m ethods ,experi m en tal re -search on opti m izi n g prescri p ti o n design and preparation technical condition w as m ade and high-standard non -rig i d graph ite co m posite enhanc i n g seali n g m ater i a lw as produced .The product is of al-l i n dex ex ce llence and w ith lo w su l p hur conten,t w h i c h m akes t h e exten t o f app l y i n g non -rig i d graphite in sea li n g area ex tended greatly .

K ey w ords :non -r i g i d g raphite ,h i g h-standar d ;co m posite enhance m en;t preparation techn i q ue

收稿日期:2006-04-20

基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10541060)作者简介:张宝杰(1967-),男,哈尔滨工业大学副教授.

随着现代技术和超导技术等高新工业技术的发展,传统的石棉类密封材料在性能上已不能适应高新技术工业对工程密封材料越来越高的需要.国际上近年来逐渐发展起来,并使用的柔性石墨密封材料,虽因其具有较好的密封优点,在一些密封领域取代了石棉类密封材料,但柔性石墨材料由于密度低,比表面积大,流动性差,易碎,不便

冲压等缺点,仍然制约着它在高新技术中的应用范围.同时,由于柔性石墨是有空隙的材料,它的表面可以吸收一定量的水或油,致使连接面有粘结性,若直接用它作为密封材料,要做到紧密密封是比较困难的.再者,柔性石墨是由石墨蠕虫组成的,若不用粘结剂,材料内部的结合仅靠机械的咬合力成型,其强度低、耐磨性差、不抗冲刷.试验研

制的柔性石墨复合增强密封材料(以下简称复合材料)可改变上述弊端,可使复合材料作为密封材料的替代产品应用于密封系统.

1 原材料的选择

制备复合材料成功的关键在于对原材料的选择.据文[1-3],膨胀石墨的膨胀容积可达自身容积的数百至数千倍,但用于制造复合材料的具有工业应用意义的可膨胀石墨的膨胀容积为80~300

倍,且要求硫含量小于1000L g #g -1

.而目前市场上可见到的产品均很难满足要求,为此自行研制了符合国标规定GB10698-89的低硫可膨胀石墨,并将其定为研制原料[4]

.

为改进丁腈橡胶的某些性能,经筛选,用氯化聚乙烯与丁腈橡胶并用,产物不但相溶性好,而且其强度提高,耐臭氧性能和抗老化性能明显改善.选用通用碳纤维作为增强纤维;选用天然磷片石墨粉、补强碳黑、氧化镁、氧化锌及少量无机短纤维作复合补强填充剂.选择邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、固体古马隆(固体苯并呋喃茚树脂)增塑剂合用可改善和提高胶料的加工性能和制品的物理机械性能;选用异丙基三异硬脂酰基钛酸脂(TTS),可提高复合材料的拉伸强度、抗冲击强度、伸长率、老化性能、表面光洁度、尺寸稳定性等物理机械性能;选用价格低廉的N -苯基-B -萘胺(防老化剂D )与防护性能特佳的N -异丙基-N .-苯基对苯二胺(防老化剂4010NA )作复合防护助剂;为降低制品的硫含量,提高硫化速度,缩短硫化的时间,提高生产效率,采用无硫快速硫化体系;选用硬脂酸和聚乙烯蜡作复合润滑剂.

2 复合材料制备工艺条件的研究

复合材料的制备工艺,采用橡胶混炼加工工艺,其工艺流程如图1所示.

试验研制的复合材料,由于采用了橡胶加工工艺,所以工艺性能与配方关系非常密切[4]

.

211 可塑度与胶料性能的关系

胶料的可塑度可通过生胶品种的选择、塑炼程度及加入软化剂和填料加以调节.丁腈胶的可塑度较大,可通过2段或3段塑炼来提高塑炼效果,使其

质量均匀,也可用加入软化剂和填料的方法来改善

塑炼效果.在配合体系中选用适量的古马隆、DOP 和石油树脂做软化剂,选用碳纤维、柔性石墨及无机填料做填充剂,收到了较好效果.212 复合材料的混炼性能

所谓混炼性能是指配合剂是否容易与橡胶溶合并易分散.各种配合剂的混炼性能取决于它对橡胶的互溶性或浸润性.填充剂对混炼胶的特性影响很大.为了获得较好的混炼效果,使填料能在橡胶中较好地分散,可对其进行化学改性,以提高其与橡胶大分子的相互作用活性.硬脂酸、钛酸脂偶联剂及低分子高聚物可明显改善石墨等混炼特性和其他工艺性能.在实验中选用钛酸脂偶联剂TTS,不但改变了石墨只能做隔离剂不能做填充剂的陈旧观念,实现了高填充,而且改善了加工性能.213 复合材料的压延性能

通过对生胶采用适当的时间进行塑炼来增加强度;通过加大填料的加入量来改善丁腈胶收缩率大的缺点;通过加入适量的古马隆树脂,石油树脂等来增加胶料的流动性,减少收缩性,提高压延性能;由于压延操作的温度较高,所以应选用不易产生焦烧的硫化体系,试验选用的CZ 系硫化剂可使门尼焦烧时间延长,以保证压延胶料的性能.

214 硫化工艺条件的正交实验研究

影响硫化胶工艺性能的因素主要有3个:①注压压力;②注压时间;③注压温度.试验采用正交设

计的方法来确定工艺条件,拟用L 4(23

)正交表试验,试验方案及结果见表1.

由表1可知:注压硫化压力为80MPa ,注压硫化时间为30m in ,注压硫化温度为140e 时,硫化胶的质量最好.

42

哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 第11卷